(57)【要約】【課題】回折格子を用いて計測を行う際に、相対位置を予め定められた相対位置からの絶対位置として容易に計測する。【解決手段】エンコーダ１０Ｘは、第１部材６に設けられ、格子パターン１２Ｘａ及び基準パターン１３ＸＡが形成された回折格子１２Ｘと、計測光ＭＸ１，ＭＸ２を供給するレーザ光源１６と、第２部材７に設けられ、計測光ＭＸ１，ＭＸ２を格子パターン面１２Ｘｂにθｙ方向（Ｘ方向）に対称な角度で傾斜させて入射させる傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘと、計測光ＭＸ１，ＭＸ２の回折格子１２Ｘによる回折光ＤＸ２，ＥＸ２を受光する光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢと、を有する。【選択図】図１
2013102099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材に対して少なくとも第１方向に相対移動する第２部材の相対位置を計測するエンコーダ装置であって、
前記第１部材及び前記第２部材の一方の部材に設けられ、前記第１方向を周期方向とする格子パターン及び前記格子パターン中に形成されて前記第１方向に直交する第２方向に延びた第１の基準パターンを有する反射型の回折格子と、
第１計測光及び第２計測光を供給する光源部と、
前記第１部材及び前記第２部材の他方の部材に設けられ、前記第１計測光を前記回折格子の格子パターン面に前記第１方向に傾斜させて入射させる第１反射部材と、
前記他方の部材に設けられ、前記第２計測光を前記格子パターン面に前記第１方向に前記第１計測光の入射角とは異なる角度で傾斜させて入射させる第２反射部材と、
前記第１計測光の前記回折格子による第１回折光を受光する第１光電検出器と、
前記第２計測光の前記回折格子による第２回折光を受光する第２光電検出器と、
前記第１計測光及び前記第２計測光が前記第１の基準パターンを相対的に横切るときに得られる前記第１及び第２光電検出器の検出信号から、前記第１部材に対する前記第２部材の前記格子パターン面の法線方向の第１の位置及び前記第１方向の第２の位置の少なくとも一方を求める第１計測部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
前記第１計測光の前記回折格子に対する第１の照射位置と、前記第２計測光又はこの第２計測光の回折光の前記回折格子に対する第２の照射位置とは前記第２方向にずれており、
前記第１計測部は、前記第１及び第２光電検出器の検出信号の差分から、前記第１部材に対する前記第２部材の前記第１の位置を求めることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記第１計測光の前記回折格子に対する第１の照射位置と、前記第２計測光又はこの第２計測光の回折光の前記回折格子に対する第２の照射位置とは、前記第２方向にずれており、
前記第１計測部は、前記第１及び第２光電検出器の検出信号の和から、前記第１部材に対する前記第２部材の前記第２の位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
前記第１光電検出器は、前記第１計測光による前記第１回折光と他の回折光又は参照光との干渉光を受光し、
前記第２光電検出器は、前記第２計測光による前記第２回折光と他の回折光又は参照光との干渉光を受光し、
前記第１及び第２光電検出器の検出信号を用いて前記第２部材の相対移動量を求める第２計測部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】
前記第２計測部は、前記第１及び第２光電検出器の検出信号を用いて前記第２部材の前記第１方向の相対移動量及び前記格子パターン面の法線方向の相対移動量を求めることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ装置。
【請求項６】
前記第１計測光の前記回折格子による前記第１回折光は、前記第１計測光を前記回折格子に照射して得られる１回目の回折光をさらに前記回折格子に照射して得られる２回目の回折光であり、
前記第２計測光の前記回折格子による前記第２回折光は、前記第２計測光を前記回折格子に照射して得られる１回目の回折光をさらに前記回折格子に照射して得られる２回目の回折光であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項７】
前記第１計測光の前記回折格子に対する第１の照射位置と、前記第２計測光の前記回折光からの１回目の回折光の前記回折格子に対する第２の照射位置とは、前記第２方向にずれており、
前記第１計測光の前記回折格子からの１回目の回折光の前記回折格子に対する第３の照射位置と、前記第２計測光の前記回折格子に対する第４の照射位置とは、前記第２方向にずれており、
前記回折格子の前記格子パターン中に前記第１の基準パターンに対して前記第１方向に前記第１計測光及び前記第２計測光の照射位置と同じ間隔で第２の基準パターンが形成され、
前記第１及び第２の基準パターンの前記第１方向の線幅は、前記第１計測光及び前記第２計測光のビーム径の１／２より小さいことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
対象物用の光学系と、を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項９】
パターンを被露光体に露光する露光装置であって、
フレームと、
前記被露光体を支持するとともに前記フレームに対して少なくとも前記第１方向に相対移動可能なステージと、
前記第１方向への前記ステージの相対位置を計測するための請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で、請求項９に記載の露光装置を用いて物体を露光することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対移動する部材間の相対移動量又は相対位置を計測するエンコーダ装置、このエンコーダ装置を備えた光学装置及び露光装置、並びにこの露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を生産するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置においては、従来より、露光対象の基板を移動するステージの位置計測はレーザ干渉計によって行われていた。ところが、レーザ干渉計では、計測用ビームの光路が長く、かつ変化するため、その光路上の雰囲気の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。
【０００３】
そこで、例えばステージに固定された回折格子にレーザ光よりなる計測光を照射し、回折格子から発生する回折光と他の回折光又は参照光との干渉光を光電変換して得られる検出信号から、その回折格子が設けられた部材（ステージ等）の相対移動量を計測する、いわゆるエンコーダ装置（干渉型エンコーダ）も使用されつつある（例えば特許文献１参照）。このエンコーダ装置は、レーザ干渉計に比べて計測値の短期的安定性に優れるとともに、レーザ干渉計に近い分解能が得られるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０２９７５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のエンコーダ装置は、回折格子の周期方向に関しては、例えば回折格子のピッチ（周期）又はこの整数分の１の距離（基準距離）を単位として相対移動量を計測しているため、この基準距離内では補間によって絶対位置を計測可能である。そして、その基準距離内の相対移動量を積算することによって、その基準距離を超える任意の相対移動量を計測できる。しかしながら、従来のエンコーダ装置においては、例えば電源オンにした直後には、その回折格子が設けられた部材の検出部が設けられた部材に対する相対位置を予め定められた初期位置等からの絶対位置として計測できないため、例えばその相対位置をその初期位置等に設定することが困難であった。
【０００６】
さらに、従来のエンコーダ装置は、回折格子の格子パターン面の法線方向では、回折格子が設けられた部材の相対位置を例えば予め定められた相対位置を基準として絶対位置として計測することが困難であった。
本発明の態様は、このような課題に鑑み、回折格子を用いて計測を行う際に、回折格子の周期方向、及び格子パターン面の法線方向の少なくとも一方の相対位置を予め定められた相対位置からの絶対位置として容易に計測可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、第１部材に対して少なくとも第１方向に相対移動する第２部材の相対位置を計測するエンコーダ装置が提供される。このエンコーダ装置は、その第１部材及びその第２部材の一方の部材に設けられ、その第１方向を周期方向とする格子パターン及びその格子パターン中に形成されてその第１方向に直交する第２方向に延びた第１の基準パターンを有する反射型の回折格子と、第１計測光及び第２計測光を供給する光源部と、その第１部材及び第２部材の他方の部材に設けられ、その第１計測光をその回折格子の格子パターン面にその第１方向に傾斜させて入射させる第１反射部材と、その他方の部材に設けられ、その第２計測光をその格子パターン面にその第１方向にその第１計測光の入射角とは異なる角度で傾斜させて入射させる第２反射部材と、その第１計測光のその回折格子による第１回折光を受光する第１光電検出器と、その第２計測光のその回折格子による第２回折光を受光する第２光電検出器と、その第１計測光及びその第２計測光がその第１の基準パターンを相対的に横切るときに得られるその第１及び第２光電検出器の検出信号から、その第１部材に対するその第２部材のその格子パターン面の法線方向の第１の位置及びその第１方向の第２の位置の少なくとも一方を求める第１計測部と、を備えるものである。
【０００８】
また、第２の態様によれば、本発明のエンコーダ装置と、対象物用の光学系と、そのエンコーダ装置の計測結果に基づいてその対象物をその光学系に対して相対移動する移動装置と、を備える光学装置が提供される。
また、第３の態様によれば、パターンを被露光体に露光する露光装置が提供される。この露光装置は、フレームと、その被露光体を支持するとともにそのフレームに対して少なくとも第１方向に相対移動可能なステージと、その第１方向へのそのステージの相対位置を計測するための本発明のエンコーダ装置と、を備えるものである。
【０００９】
また、第４の様態によれば、リソグラフィ工程を含み、そのリソグラフィ工程では、上記露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１計測光及び第２計測光が第１の基準パターンを相対的に横切るときに第１及び第２光電検出器から得られる検出信号から、第１部材に対する第２部材の格子パターン面の法線方向の第１の位置及びその第１方向の第２の位置の少なくとも一方を求めることができる。従って、第１の基準パターンと第１及び第２計測光とが所定の位置関係となる相対位置（例えば予め定められた相対位置）からの絶対位置として、例えばその回折格子が設けられた部材の、回折格子の周期方向、及び格子パターン面の法線方向の少なくとも一方の相対位置を容易に計測可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）は第１の実施形態に係るエンコーダを示す斜視図、（Ｂ）は図１（Ａ）中の傾斜ミラーの反射面等を示す図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ａ）のエンコーダの２回目の回折光の光路を示す斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）中の回折格子１２Ｘ上の計測光及び回折光の照射位置を示す拡大平面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は回折格子１２Ｘの基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢと計測光及び回折光の照射位置とがＸ方向に次第にずれる状態を示す拡大平面図、（Ｄ）は相対位置Ｘに対する和信号ＳＸＤの一例を示す図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は回折格子１２Ｘの高さが変化したときに、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢと計測光及び回折光の照射位置とがＸ方向に次第にずれる状態を示す拡大側面図、（Ｄ）はＺ位置に対する２つの検出信号のビート信号の振幅の変化の一例を示す図、（Ｅ）はＺ位置に対する差分信号ＳＸＣの一例を示す図である。
【図５】（Ａ）はＹ軸用の計測光及び回折光の照射位置と基準パターンとの関係の一例を示す拡大平面図、（Ｂ）は変形例の計測光及び回折光の照射位置と基準パターンとの関係の一例を示す拡大斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図７】図６のウエハステージに設けられた回折格子及び複数の検出ヘッドの配置の一例を示す平面図である。
【図８】図６の露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態につき図１〜図５を参照して説明する。図１（Ａ）は本実施形態に係るＸ軸のエンコーダ１０Ｘの要部を示す斜視図である。図１（Ａ）において、一例として、第１部材６に対して第２部材７は２次元平面内で相対移動可能に配置され、第２部材７の互いに直交する相対移動可能な２つの方向に平行にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面（ＸＹ面）に直交する軸をＺ軸として説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの角度をそれぞれθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の角度とも呼ぶ。なお、例えば第２部材７は、Ｚステージ機構（不図示）によって第１部材６に対してＺ方向に変位可能に支持されていてもよい。
【００１３】
図１（Ａ）において、エンコーダ１０Ｘは、第１部材６の上面に固定された、ＸＹ面に平行な平板状のＸ軸の回折格子１２Ｘと、第２部材７の上面に固定されて回折格子１２Ｘに計測光を照射するＸ軸の検出ヘッド１４Ｘと、検出ヘッド１４Ｘに計測用のレーザ光を供給するレーザ光源１６と、検出ヘッド１４Ｘから出力される検出信号を処理して第１部材６に対する第２部材７のＸ方向及びＺ方向の相対移動量又は相対位置を求める計測演算部４２Ｘと、を有する。さらに、第１部材６に対する第２部材７のＹ方向の相対移動量を求めるＹ軸のエンコーダ（不図示）も備えられている。
【００１４】
回折格子１２ＸのＸＹ面に平行な格子パターン面１２Ｘｂには、Ｘ方向に所定の周期（ピッチ）を持ち、位相型でかつ反射型の格子パターン１２Ｘａが形成されている。格子パターン１２Ｘａの周期は、一例として１００ｎｍ〜４μｍ程度（例えば１μｍ周期）である。格子パターン１２Ｘａは、例えばホログラム（例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けたもの）として、又はガラス板等に機械的に溝等を形成して反射膜を被着することで作製可能である。さらに、格子パターン面１２Ｘｂは、保護用の平板ガラスで覆われていてもよい。なお、回折格子１２Ｘの代わりに、Ｘ方向、Ｙ方向に周期的に形成された格子パターンを持つ２次元の回折格子を使用してもよい。また、回折格子１２Ｘの格子パターン１２Ｘａの一部を覆うように、Ｘ方向に所定間隔でＹ方向に延びる２本の遮光性のラインパターンよりなる第１及び第２の基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが形成されている。
【００１５】
レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ又は半導体レーザ等よりなり、一例として偏光方向（Ｘ方向及びＺ方向）が互いに直交するとともに互いに周波数（波長）が異なる第１及び第２の直線偏光のレーザ光よりなる２周波ヘテロダイン光ＸＲを射出する。レーザ光源１６は、第１及び第２の直線偏光のレーザ光から分岐した２つの光束の干渉光を光電変換して得られる基準周波数の信号（基準信号）を計測演算部４２Ｘの第２演算部４１Ｅに供給する。なお、ホモダイン干渉方式も使用可能である。
【００１６】
レーザ光源１６から射出されたヘテロダイン光ＸＲは、ハーフミラー１８Ａで２分割され、一方の光束はミラー１８Ｂで反射されて偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという。）２８に入射し、他方の光束はそのままＰＢＳ２８に入射する。その２つの光束はＸ方向に離れてＹ軸に平行にＰＢＳ２８に入射する。その一方の光束は、ＰＢＳ２８のＰＢＳ面（偏光ビームスプリッタ面）２８ａを透過するＰ偏光の第１計測光ＭＸ１とＰＢＳ面２８ａで反射されるＳ偏光の第１参照光ＭＲ１とに分割される。その他方の光束は、ＰＢＳ面２８ａを透過するＰ偏光の第２計測光ＭＸ２とＰＢＳ面２８ａで反射されるＳ偏光の第２参照光ＭＲ２とに分割される。ＰＢＳ面２８ａは、ＺＹ面に平行な面をθｚ方向に反時計回りに４５°回転した面に平行である。
【００１７】
ＰＢＳ２８は第２部材７の上面に固定され、ＰＢＳ２８の＋Ｘ方向の側面にＹ方向に隣接するように第１及び第２のコーナキューブ２９Ａ，２９Ｂが固定され、ＰＢＳ２８の＋Ｙ方向の側面及び−Ｘ方向の側面にそれぞれ１／４波長板３０Ａ，３０Ｂが固定されている。ＰＢＳ２８の−Ｘ方向の側面に対向するように、第２部材７上に、ＺＹ面に平行な反射面を持つミラー３５が固定されている。また、ＰＢＳ２８の＋Ｙ方向側に第２部材７に固定されたフレーム（不図示）によって支持されるように、第１計測光ＭＸ１用の第１の傾斜ミラー３２Ｘ、及び第２計測光ＭＸ２用の第２の傾斜ミラー３４Ｘが配置されている。ハーフミラー１８Ａ、ミラー１８Ｂ、ＰＢＳ２８、コーナキューブ２９Ａ，２９Ｂ、１／４波長板３０Ａ，３０Ｂ、ミラー３５、及び傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘを含んで検出ヘッド１４Ｘが構成されている。また、検出ヘッド１４Ｘは、ＰＢＳ２８の−Ｙ方向に配置された２つの偏光板３９Ａ，３９Ｂと、偏光板３９Ａ，３９Ｂを通過した干渉光を受光するフォトダイオード等の光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢとを有する。
【００１８】
検出ヘッド１４Ｘにおいて、ＰＢＳ２８のＰＢＳ面２８ａを透過した計測光ＭＸ１，ＭＸ２は、それぞれ１／４波長板３０Ａを介して傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘの平面の反射面に入射する。それらの反射面で反射された計測光ＭＸ１，ＭＸ２は、格子パターン面１２Ｘｂ上のＸ方向に離れた照射位置ＰＸＡ，ＰＸＢに交差するように入射する。
図１（Ｂ）は図１（Ａ）中の傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘの反射面等を示す図である。図１（Ｂ）において、傾斜ミラー３２Ｘの反射面に入射した計測光ＭＸ１は、その反射面で反射されて、回折格子１２Ｘの格子パターン面１２Ｘｂに、θｙ方向（Ｘ方向）の入射角が、次のように格子パターン１２Ｘａに対する＋１次回折光のリトロー角(Littrow角)φLIとなって入射する。
【００１９】
＋１次回折光のリトロー角φLIは、入射する計測光ＭＸ１と、この計測光ＭＸ１による回折格子１２Ｘからの＋１次回折光ＤＸ１とが平行になるときの計測光ＭＸ１の入射角である。なお、図１（Ｂ）では、分かり易いように、計測光ＭＸ１等と回折光ＤＸ１等とは僅かに角度を変えて示している。格子パターン１２ＸａのＸ方向の周期をｐ、計測光ＭＸ１の波長をλとすると、リトロー角φLIは次の関係を満たす。
２ｐ・sin φLI＝λ    …（１）
【００２０】
このように計測光ＭＸ１がリトロー角φLIで入射すると、格子パターン面の高さが変化しても＋１次回折光ＤＸ１の横シフトが発生しないため、干渉光の強度が変化しないという利点がある一方で、０次光によるノイズ光の問題が生じる恐れがある。そこで、実際には、０次光の影響を軽減するために、計測光ＭＸ１の入射角はリトロー角φLIに対して所定角度、例えば０．５〜１．５°程度ずらしてもよい。
格子パターン面１２Ｘｂに入射する計測光ＭＸ１のθｘ方向（Ｙ方向）の入射角は０でもよいが、計測光ＭＸ１のＹ方向の入射角も例えばその所定角度の１／２程度でずらしてもよい。計測光ＭＸ１による＋１次回折光ＤＸ１は、計測光ＭＸ１と平行に（又はほぼ平行に）傾斜ミラー３２Ｘに戻される。
【００２１】
また、傾斜ミラー３４Ｘの反射面に入射した計測光ＭＸ２は、その反射面で反射されて格子パターン面１２Ｘｂに、θｙ方向（Ｘ方向）の入射角が、計測光ＭＸ１と対称になるように角度（−φLI）で入射する。なお、計測光ＭＸ２の入射角も計測光ＭＸ１と対称に角度（−φLI）から所定角度ずらしてもよい。傾斜ミラー３４Ｘから入射角（−φLI）で格子パターン１２Ｘａに入射した計測光ＭＸ２による回折格子１２Ｘからの−１次回折光ＥＸ１は、計測光ＭＸ２と平行に（又はほぼ平行に）傾斜ミラー３４Ｘに戻される。
【００２２】
格子パターン１２Ｘａからの回折光ＤＸ１及びＥＸ１は、それぞれ傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘの反射面でほぼ−Ｙ方向に反射されて、図１（Ａ）の１／４波長板３０Ａを介してＳ偏光になってＰＢＳ２８に入射し、ＰＢＳ面２８ａで反射される。ＰＢＳ面２８ａで反射された回折光ＤＸ１，ＥＸ１は、それぞれコーナキューブ２９Ｂ，２９Ａで反射されてＰＢＳ面２８ａに戻される。
一方、ＰＢＳ２８のＰＢＳ面２８ａで反射された参照光ＭＲ１，ＭＲ２は、点線で示すようにそれぞれ１／４波長板３０Ｂを介してミラー３５の平面の反射面に入射する。そして、その反射面で反射された参照光ＭＲ１，ＭＲ２は、１／４波長板３０Ｂを介してＰ偏光になってＰＢＳ２８に入射して、ＰＢＳ面２８ａを透過し、それぞれコーナキューブ２９Ｂ，２９Ａで反射されてＰＢＳ面２８ａに戻される。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、コーナキューブ２９Ｂ，２９Ａで反射されてから、ＰＢＳ面２８ａに戻された回折光ＤＸ１，ＥＸ１は、それぞれＰＢＳ面２８ａで再度反射された後、１／４波長板３０Ａを介して傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘの反射面の低い位置に入射する。傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘで反射された回折光ＤＸ１，ＥＸ１は、格子パターン面１２Ｘｂ上でそれぞれ図１（Ａ）の照射位置ＰＸＢ，ＰＸＡからほぼＹ方向に離れた照射位置ＰＸＣ，ＰＸＤに対称に入射する。
【００２４】
図１（Ｂ）において、傾斜ミラー３２Ｘの反射面の低い位置に入射した回折光ＤＸ１は、その反射面で反射されて、回折格子１２Ｘに、計測光ＭＸ１と平行に入射角φLI（リトロー角）で入射する。なお、回折光ＤＸ１の入射角もその角度φLIから所定角度ずらしてもよい。回折光ＤＸ１による格子パターン１２Ｘａからの＋１次回折光ＤＸ２（計測光ＭＸ１に対する実質的な＋２次回折光）は、回折光ＤＸ１と平行に（又はほぼ平行に）傾斜ミラー３２Ｘに戻される。
【００２５】
また、傾斜ミラー３４Ｘの反射面の低い位置に入射した回折光ＥＸ１は、その反射面で反射されて、回折格子１２Ｘに、計測光ＭＸ２と平行に（回折光ＤＸ１と対称に）入射角（−φLI）で入射する。なお、回折光ＥＸ１の入射角もその角度から所定角度ずらしてもよい。回折光ＥＸ１による格子パターン１２Ｘａからの−１次回折光ＥＸ２（計測光ＭＸ２に対する実質的な−２次回折光）は、回折光ＥＸ１と平行に（又はほぼ平行に）傾斜ミラー３４Ｘに戻される。
【００２６】
格子パターン１２Ｘａからの回折光ＤＸ２及びＥＸ２は、それぞれ傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘの反射面でほぼ−Ｙ方向に反射されて、図２（Ａ）の１／４波長板３０Ａを介してＰ偏光になってＰＢＳ２８に入射し、ＰＢＳ面２８ａを透過する。ＰＢＳ面２８ａを透過した回折光ＤＸ２，ＥＸ２はそれぞれ偏光板３９Ａ，３９Ｂに入射する。
【００２７】
一方、コーナキューブ２９Ｂ，２９Ａで反射されてから、ＰＢＳ面２８ａに戻された参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、それぞれＰＢＳ面２８ａを再度透過した後、１／４波長板３０Ｂを介してミラー３５の反射面の低い位置に入射する。そして、ミラー３５の反射面で反射された参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、１／４波長板３０Ｂを介してＳ偏光となってＰＢＳ２８に入射し、ＰＢＳ面２８ａで反射される。ＰＢＳ面２８ａで反射された参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、それぞれ偏光板３９Ａ，３９Ｂに入射して、回折光ＤＸ２，ＥＸ２と同軸に合成される。そして、回折光ＤＸ２（計測光ＭＸ１）及び参照光ＲＸ１よりなる干渉光（ヘテロダインビーム）が光電センサ４０ＸＡで受光され、回折光ＥＸ２（計測光ＭＸ２）及び参照光ＲＸ２よりなる干渉光（ヘテロダインビーム）が光電センサ４０ＸＢで受光される。なお、計測光ＭＸ１，ＭＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との光路長をほぼ等しくするために、ミラー３５の反射面に段差を設け、ＰＢＳ２８とミラー３５との距離を調整してもよい。また、検出ヘッド１４Ｘの構成は任意であり、要は計測光ＭＸ１，ＭＸ２を互いに異なる入射角で回折格子１２Ｘに照射できればよい。
【００２８】
図１（Ａ）において、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢはそれぞれ入射する干渉光を光電変換して得られる検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢ（ヘテロダイン信号）を計測演算部４２Ｘの第２演算部４１Ｅに供給する。一例として、第２演算部４１Ｅは、検出信号ＳＸＡとレーザ光源１６から供給される基準信号とから、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向への相対移動量とＸ方向への相対移動量との和（Ｚ＋Ｘ）を求める。さらに、第２演算部４１Ｅは、検出信号ＳＸＢとその基準信号とから、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向への相対移動量とＸ方向への相対移動量との差（Ｚ−Ｘ）を求める。そして、第２演算部４１Ｅは、その和と差との差分を平均化することで、第１部材６に対する第２部材７のＸ方向への相対移動量（Ｘ）を求めることができ、その和と差とを平均化することで、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向への相対移動量（Ｚ）を求めることができる。Ｘ方向、Ｚ方向の相対移動量の検出分解能は例えば０．５〜０．１ｎｍ程度である。これらのＸ方向、Ｚ方向の相対移動量の情報は第１演算部４１Ｆに供給される。
【００２９】
本実施形態では、最終的に２回目の＋１次回折光ＤＸ２と参照光ＲＸ１との干渉光、及び２回目の＋１次回折光ＥＸ２と参照光ＲＸ２との干渉光を検出しているため、相対移動量の検出分解能（検出精度）を１／２に向上（微細化）できる。また、２回目の回折光を用い、かつ±１次回折光を用いることによって、第１部材６と第２部材７とのθｚ方向の相対回転角による計測誤差を低減できる。
【００３０】
次に、計測演算部４２Ｘは、検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢが供給される検波部４１Ａ，４１Ｂと、検波部４１Ａ，４１Ｂで検出されたヘテロダイン信号中の交流成分（ビート信号又はＡＣ成分）の振幅を表す振幅信号ＳＸＡａｃ，ＳＸＢａｃが供給される減算部４１Ｃ及び加算部４１Ｄとを有する。
この場合、回折光ＤＸ２（又はＥＸ２）の周波数をｆ１、強度をａ、対応する参照光ＲＸ１（又はＲＸ２）の周波数をｆ２、強度をｂとすると、ヘテロダイン信号の強度Ｉは次のようになる。なお、ｔは時間、φは位相である。
【００３１】
Ｉ＝ａ＋ｂ＋２（ａｂ）1/2ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋φ｝  …（２Ａ）
この場合、直流成分ＤＣ及び交流成分（ビート信号）ＡＣは次のようになる。
ＡＣ＝２（ａｂ）1/2      …（２Ｂ）
ＤＣ＝ａ＋ｂ          …（２Ｃ）
【００３２】
ここで、例えば回折光ＤＸ２が微弱光である場合に、検出できる最小の光量に対応する強度ａをＬＳＢとする。また、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢにはＮ×ＬＳＢの検出レンジがあるとして（Ｎは例えば１０２４等の整数）、一例として対応する参照光ＲＸ１の強度ｂをその検出レンジの１／２である、（Ｎ／２）×ＬＳＢに設定する。このとき、式（２Ｂ）の交流成分ＡＣは次のようにＬＳＢの２Ｎ1/2になり、回折光ＤＸ２が微弱光である場合にその検出感度をに向上できる。
ＡＣ＝２（ａｂ）1/2＝２Ｎ1/2×ＬＳＢ  …（２Ｄ）
【００３３】
例えばＮ＝１０２４では、感度は６４倍に向上できる。このように回折光ＤＸ２，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との干渉光の検出信号の交流成分ＡＣを用いることで、以下の原点検出時に回折光ＤＸ２，ＥＸ２の強度が低下しても、計測精度を高く維持できる。
また、減算部４１Ｃはその２つの振幅信号ＳＸＡａｃ，ＳＸＢａｃの差分である差分信号ＳＸＣを求め、加算部４１Ｄはその２つの振幅信号の和である和信号ＳＸＤを求める。求められた信号ＳＸＣ，ＳＸＤは第１演算部４１Ｆに供給される。第１演算部４１Ｆでは、一例として、信号ＳＸＣ，ＳＸＤを用いて以下のようにして第１部材６に対する第２部材７のＸ方向、Ｚ方向の原点（絶対位置の基準点）を求める。
【００３４】
図２（Ｂ）は、検出ヘッド１４Ｘから回折格子１２Ｘに照射される計測光ＭＸ１，ＭＸ２の照射位置ＰＸＡ，ＰＸＢ及び回折光ＤＸ１，ＥＸ１の照射位置ＰＸＣ，ＰＸＤを、回折格子１２Ｘに形成された基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢがＸ方向に相対的に横切る状態を示す。図２（Ｂ）において、計測光ＭＸ１，ＭＸ２（すなわち回折光ＤＸ１，ＥＸ１）の回折格子１２Ｘ上でのＸ方向の直径（ビーム径）をＤ１、計測光ＭＸ１，ＭＸ２（回折光ＤＸ１，ＥＸ１）のＸ方向の間隔をＳ１とすると、直径Ｄ２は、例えば０．５〜２ｍｍ程度であり、間隔Ｓ１は直径Ｄ１と同じ程度か又は直径Ｄ１よりも大きく設定される。また、照射位置ＰＸＡ，ＰＸＢと照射位置ＰＸＤ，ＰＸＣとは、ほぼＹ方向に間隔Ｓ１と同じ程度の間隔でずれている。
【００３５】
また、計測光ＭＸ１，ＭＸ２に対して遮光性（反射率がほぼ０）の基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢのＸ方向の線幅Ｄ２は、一例として直径Ｄ１の１／２より小さく設定され、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢのＸ方向の間隔Ｓ２は、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢの中心のＸ方向の間隔と、照射位置ＰＸＡ，ＰＸＢの中心のＸ方向の間隔とがほぼ等しくなるように設定されている。従って、一例として、次のようになる。
Ｄ２＜Ｄ１／２      …（３）
Ｓ２＝Ｓ１＋Ｄ１−Ｄ２  …（４）
【００３６】
また、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢのＹ方向の長さは、照射位置ＰＸＡ，ＰＸＤのＹ方向の幅の２倍程度又はこれよりも広く設定されている。
本実施形態では、計測光ＭＸ１，ＭＸ２の回折光ＤＸ１，ＥＸ１はそれぞれコーナキューブ２９Ｂ，２９Ａを通過して断面内の光量分布が反転している。すなわち、図２（Ｂ）の照射位置ＰＸＡ，ＰＸＢ内の例えば外側の点Ａ１，Ｂ１を通る光は、コーナキューブ２９Ｂ，２９Ａを通過した後、照射位置ＰＸＣ，ＰＸＤ内の反対側の外側の点Ａ２，Ｂ２を通過する。そのため、例えば図３（Ｂ）に示すように、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが照射位置ＰＸＡ，ＰＸＣの計測光ＭＸ１及び回折光ＤＸ１の−Ｘ方向の反面側を覆ったときに、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢの線幅が式（３）よりも大きいと（線幅がビーム径の１／２以上であると）、実質的に回折光ＤＸ１の全部が遮光されて回折光ＤＸ２の光量が０になってしまう。このため、ビート信号が０になり、Ｘ方向及びＺ方向の相対移動量の計測ができなくなる。これは計測光ＭＸ２に関しても同様である。この状態を避けるために、本実施形態では、式（３）の条件を課している。
【００３７】
ここで、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、計測光ＭＸ１〜回折光ＥＸ１の照射位置ＰＸＡ〜ＰＸＤを回折格子１２Ｘの基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが相対的にＸ方向（計測方向）に横切る場合には、図１（Ａ）の振幅信号の和信号ＳＸＤは、回折格子１２Ｘの相対的な位置Ｘに対して図３（Ｄ）に示すように変化する。なお、図３（Ａ）の状態では、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢは照射位置ＰＸＡ〜ＰＸＤにかかっていないため、和信号ＳＸＤは通常の計測時と同じ最大値になる。また、図３（Ｂ）に示すように、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが照射位置ＰＸＡ，ＰＸＤ及びＰＸＢ，ＰＸＣのほぼ−Ｘ方向の半面側にある位置ＸＡ１では、和信号ＳＸＤは最小値になり、その後、和信号ＳＸＤが上昇して降下し、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが照射位置ＰＸＡ，ＰＸＤ及びＰＸＢ，ＰＸＣのほぼ＋Ｘ方向の半面側にある位置ＸＡ２で、和信号ＳＸＤは再び最小値になる。その後、和信号ＳＸＤは最大値になる。また、位置ＸＡ１，ＸＡ２の両側において、基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢの一方が照射位置ＰＸＡ，ＰＸＤ又はＰＸＢ，ＰＸＣにかかるときに、和信号ＳＸＤは最大値の１／２まで低下する。
【００３８】
そこで、図１（Ａ）の第１演算部４１Ｆでは、一例として、和信号ＳＸＤが最小値となるときの回折格子１２ＸのＸ方向の相対位置（第２演算部４１Ｅで求められる相対移動量Ｘ）の値ＸＡ１，ＸＡ２を求め、これらの中央の値ＸＡＢを原点とする。そして、この相対位置が位置ＸＡＢのときに相対移動量Ｘを０にリセットすることで、これ以降は値ＸＡＢが得られたときの相対位置を原点としてＸ方向の絶対位置を計測できる。
【００３９】
なお、値ＸＡＢを求める方法としては、その他に例えば、１）和信号ＳＸＤの最大値の１／２より小さい閾値Ｓｔｈを和信号ＳＸＤが横切るときの２箇所の値を求め、これらの中央の値を求める、又は２）和信号ＳＸＤの微分信号の絶対値が最大値ｄＳ１，ｄＳ２となるときの２箇所の位置を求め、これらの中央の値を求める方法等がある。
次に、回折格子１２Ｘの格子パターン面１２Ｘｂは必ずしも完全な平坦面ではなく、Ｚ方向に対する僅かな変化がある。さらに、第１部材６と第２部材７との相対移動のガイド面にも僅かなＺ方向の位置の変動があるため、検出ヘッド１４Ｘと回折格子１２ＸとのＺ方向の相対位置は、第２部材７のＸ方向の相対位置によって変動している。また、Ｚステージ機構（不図示）がある場合には、そのＺ方向の相対位置は制御可能でもある。
【００４０】
ここで、回折格子１２Ｘの格子パターン面のＺ方向の相対位置が変化すると、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、計測光ＭＸ１〜回折光ＥＸ１の照射位置ＰＸＡ〜ＰＸＤが回折格子１２Ｘの基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢに対して相対的にＸ方向に移動する。また、回折格子１２ＸのＺ位置が高くなるとき、入射角が反時計回りの角度である計測光ＭＸ２及び回折光ＥＸ１の照射位置ＰＸＢ，ＰＸＤは基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢから−Ｘ方向に移動する。従って、回折格子１２ＸのＺ方向の相対位置Ｚと、図１（Ａ）の検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢ中の振幅信号ＳＸＡａｃ，ＳＸＢａｃとの関係は、図４（Ｄ）のようにあるＺ位置を中心として対称になる。
【００４１】
そこで、振幅信号ＳＸＡａｃ，ＳＸＢａｃの差分信号ＳＸＣは、一例として図４（Ｅ）に示すように、回折格子１２Ｘの相対位置Ｚに関して所定の範囲ΔＺＫ内でほぼ単調に増加するように変化する。実際には、例えば実測又はシミュレーションによって、範囲ΔＺＫ内で図４（Ｅ）の差分信号ＳＸＣと相対位置Ｚとの関係を求めておいてもよい。
なお、計測光ＭＸ１の波長λ及び入射角φLIを用いると、Ｘ方向で干渉光の位相が３６０°変化する相対移動量に対するＺ位置の変化量は、ほぼ（λ／４）ｃｏｓφLIとなる。入射角φLIを例えば１８°、波長λを０．６３３μｍとすると、そのＺ位置の変化量はほぼ１５０ｎｍとなるため、その所定の範囲ΔＺＫは１５０ｎｍよりも広ければよい。
【００４２】
図１（Ａ）の第１演算部４１Ｆでは、一例として、上記のＸ方向の相対位置が位置ＸＡＢ（原点）となるときの、図４（Ｅ）の差分信号ＳＸＣの値ＳＸＣａに対応する相対的なＺ位置ＺＡＢ（第２演算部４１Ｅで求められる相対移動量Ｚ）を求め、この値ＺＡＢを基準とする。なお、Ｘ方向の相対位置が正確に位置ＸＡであると、振幅信号ＳＸＡａｃ，ＳＸＢａｃが互いにほぼ同一になる場合があり得るため、Ｘ方向の相対位置を、その位置ＸＡ（原点）に対して所定間隔（例えば基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢの線幅の１／２〜２倍程度）だけ＋Ｘ方向又は−Ｘ方向にシフトさせてもよい。なお、その値ＺＡＢとしては、例えば範囲ΔＺＫ内で差分信号ＳＸＣが０になるときのＺ位置（例えばシミュレーションによって求められる値）を原点とした値を使用できる。これ以降は、その原点からのＺ方向の絶対位置を計測できる。
【００４３】
また、別の方法として、その相対位置が位置ＺＡＢのときに相対移動量Ｚを０にリセットしてもよい。これによって、回折格子１２ＸのＸ方向の相対位置がＸ方向の原点にあるときのＺ方向の相対位置を原点としてＺ方向の絶対位置を計測できる。
また、さらに別の方法として、例えば第２部材（検出ヘッド１４Ｘ）のＺ方向の位置がＺステージ機構（不図示）によって制御可能であるときには、第１部材６に対して第２部材７のＺ位置を変化させて、差分信号ＳＸＣが０になるときの相対移動量Ｚの値（これをＺＡＢ＊とする。）を求め、その相対移動量Ｚからその値ＺＡＢ＊を差し引いてもよい。これによって、これ以降の相対移動量Ｚは、差分信号ＳＸＣが０になるときの位置からの絶対位置になる。
さらに、Ｚ方向の絶対位置を求めるために、図３（Ｄ）の和信号ＳＸＤを用いて、第１部材６と第２部材７とのＸ方向の相対位置を固定した状態で、第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対位置を変化させて、和信号ＳＸＤが最小値になる２つのＺ位置、又はその和信号ＳＸＤが所定の閾値を横切る２つのＺ位置の中心等をＺ方向の原点としてもよい。
【００４４】
また、本実施形態のＹ軸のエンコーダは、図１（Ａ）のＸ軸のエンコーダ１０Ｘとほぼ同じ構成であり、Ｙ軸のエンコーダの回折格子１２Ｙ（図５（Ａ）参照）は、回折格子１２Ｘを９０°回転した構成であり、Ｙ軸の検出ヘッドは検出ヘッド１４Ｘを９０°回転した構成である。ただし、Ｘ軸のエンコーダ１０ＸによってＺ方向の原点が計測できるため、Ｙ軸のエンコーダでは、図５（Ａ）に示すように、回折格子１２Ｙの格子パターン１２Ｙａが形成された格子パターン面１２Ｙｂには、Ｘ方向に延びた一つの基準パターン１３ＹＡのみを形成しておいてもよい。基準パターン１３ＹＡの線幅は、照射位置ＰＹＡ，ＰＹＢ，ＰＹＣ，ＰＹＤに照射される計測光ＭＹ１，ＭＹ２及び回折光ＤＹ１，ＥＹ１のビーム径よりも小さければよい。この例では、基準パターン１３ＹＡが相対的に回折格子１２Ｙの照射位置ＰＹＡ，ＰＹＤ等を横切るときの検出信号の和信号からＹ方向の原点を求めることができる。
【００４５】
本実施形態の効果等は以下の通りである。本実施形態のＸ軸のエンコーダ１０Ｘは、第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対位置又は相対移動量を計測するエンコーダである。そして、エンコーダ１０Ｘは、第１部材６に設けられ、Ｘ方向（第１方向）を周期方向とする格子パターン１２Ｘａ及びこの格子パターン１２Ｘａ中に形成されてＹ方向に延びた基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢを有する反射型の回折格子１２Ｘと、第１計測光ＭＸ１及び第２計測光ＭＸ２に分かれるレーザ光を供給するレーザ光源１６と、を有する。
また、エンコーダ１０Ｘは、第２部材７に設けられて、第１計測光ＭＸ１を回折格子１２Ｘの格子パターン面１２Ｘｂにθｙ方向（Ｘ方向）にリトロー角度φLIで傾斜させて入射させる第１の傾斜ミラー３２Ｘと、第２部材７に設けられて、第２計測光ＭＸ２を格子パターン面１２ＸｂにＸ方向に第１計測光ＭＸ１の入射角と対称な角度（−φLI）で傾斜させて入射させる第２の傾斜ミラー３４Ｘと、第１計測光ＭＸ１の回折格子１２Ｘによる回折光ＤＸ２（第１回折光）を受光する光電センサ４０ＸＡと、第２計測光ＭＸ２の回折格子１２Ｘによる回折光ＥＸ２（第２回折光）を受光する光電センサ４０ＸＢと、第１計測光ＭＸ１及び第２計測光ＭＸ２が基準パターン１３ＸＡを相対的にＸ方向に横切るときに得られる光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢの検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢから、第１部材６に対する第２部材７の格子パターン面１２Ｘｂの法線方向（Ｚ方向）の第１の位置ＺＡＢ及びＸ方向の第２の位置ＸＡＢを求める第１演算部４１Ｆ（第１計測部）と、を有する。
【００４６】
本実施形態によれば、回折格子１２ＸのＺ位置が変化すると、計測光ＭＸ１，ＭＸ２と基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢとのＸ方向の相対位置が対称に変化する。そこで、計測光ＭＸ１，ＭＸ２が基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢをＸ方向に相対的に横切るときに光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢから得られる検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢから、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の位置ＺＡＢ（第１の位置）及びＸ方向の位置ＸＡＢ（第２の位置）を求めることができる。従って、例えば基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢと計測光ＭＸ１，ＭＸ２の照射位置とが所定の位置関係となる相対位置（原点又は基準点）からの絶対位置として、第２部材７に対する回折格子１２Ｘが設けられた第１部材６の回折格子１２Ｘの周期方向（Ｘ方向）、及び格子パターン面１２Ｘｂの法線方向（Ｚ方向）の相対位置を容易に計測可能となる。
【００４７】
なお、検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢから、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の位置ＺＡＢ（第１の位置）及びＸ方向の位置ＸＡＢ（第２の位置）の少なくとも一方を求めるだけでもよい。
また、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢは回折光ＤＸ２，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との干渉光を受光し、エンコーダ１０Ｘは第２演算部４１Ｅを有し、第２演算部４１Ｅは、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢの検出信号ＳＸＡ，ＳＸＢから第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対移動量を求めている。この際に、例えば第１演算部４１Ｆで求められる原点位置（基準位置）でその相対移動量をリセット又はプリセットすることで、Ｘ方向及びＺ方向の絶対位置を計測できるようになる。
【００４８】
なお、検出信号ＳＸＡからは、正確にはＸ方向及びＺ方向の相対移動量の和が求められるが、仮に第１部材６と第２部材７とがＺ方向にはほとんど静止している場合には、その検出信号ＳＸＡからＸ方向の相対移動量を求めることができる。
また、計測光ＭＸ１，ＭＸ２を格子パターン面１２Ｘａに向けて反射する傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘを設けているため、エンコーダ１０Ｘの光学系のＺ方向の高さ（格子パターン面１２Ｘａの法線方向の高さ）を低くできる。従って、エンコーダ１０Ｘの検出ヘッド１４Ｘを第２部材７上にコンパクトに容易に設置できる。
【００４９】
さらに、傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘから格子パターン面１２Ｘａに向かう計測光ＭＸ１，ＭＸ２のＸ方向の入射角を、ほぼ回折格子１２Ｘの＋１次回折光のリトロー角φLIに設定しているため、格子パターン面１２ＸａのＺ方向の位置（高さ）の変化に対して、回折光ＤＸ１，ＥＸ１の横シフト量が小さく、干渉光の強度変化が小さいため、常に安定に相対移動量が計測できる。
なお、例えば計測光ＭＸ１，ＭＸ２の少なくとも一方を格子パターン面１２Ｘｂにほぼ垂直に照射して、±１次回折光等と対応する参照光との干渉光を検出するようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、傾斜ミラー３２Ｘ，３４Ｘを用いて計測光ＭＸ１及びＭＸ２を回折格子１２Ｘでそれぞれ実質的に２回回折させているため、検出分解能が向上できる。なお、１回目の回折光ＤＸ１，ＥＸ１と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との干渉光を検出するようにしてもよい。
【００５１】
さらに、本実施形態では、第２の計測光ＭＸ２によって傾斜ミラー３４Ｘを介して回折格子１２Ｘから発生する−１次回折光ＥＸ２と参照光ＲＸ２との干渉光を検出している。しかしながら、例えば傾斜ミラー３２Ｘからの２回目の＋１次回折光ＤＸ２（又は１回目の回折光ＤＸ１）と傾斜ミラー３４Ｘからの２回目の−１次回折光ＥＸ２（又は１回目の回折光ＥＸ１）との干渉光を検出し、この検出信号から第１部材６と第２部材７とのＸ方向の相対移動量を求めてもよい。
【００５２】
なお、上記の実施形態では、計測光ＭＸ１の照射位置ＰＸＡと計測光ＭＸ１の回折光ＤＸ１の照射位置ＰＸＣとはほぼ長方形の対角線方向にずれており、計測光ＭＸ２の照射位置ＰＸＢと計測光ＭＸ２の回折光ＥＸ１の照射位置ＰＸＤともほぼ長方形の対角線方向にずれている。このため、Ｘ方向及びＺ方向の原点を検出するために、回折格子１２Ｘに所定間隔の２本の基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが形成されている。
【００５３】
これに対して、図５（Ｂ）に示すように、第１の計測光ＭＸ１を回折格子１２Ｘ上の照射位置ＰＸＡに照射し、計測光ＭＸ１の＋１次回折光ＤＸ１を照射位置ＰＸＡから＋Ｘ方向にずれた照射位置ＰＸＣに照射し、第２の計測光ＭＸ１を回折格子１２Ｘ上の照射位置ＰＸＤに照射し、計測光ＭＸ２の−１次回折光ＥＸ１を照射位置ＰＸＤから−Ｘ方向にずれた照射位置ＰＸＢに照射する構成を採用してもよい。なお、計測光ＭＸ２を照射位置ＰＸＢに照射し、−１次回折光ＥＸ１を照射位置ＰＸＤに照射してもよい。
【００５４】
この変形例では、Ｘ方向、Ｚ方向の原点を検出するために、回折格子１２Ｘ上には一つの線幅がビーム径より小さい基準パターン１３ＸＡを形成しておくだけでもよい。この変形例の計測演算部の構成は図１（Ａ）の計測演算部４２Ｘの構成と同様であり、上記の実施形態と同様の差分信号及び和信号を用いることで、Ｘ方向、Ｚ方向の原点を求めることができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
第２の実施形態につき図６〜図８を参照して説明する。図６は、本実施形態に係るエンコーダ装置を備えた露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、スキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を備えており、以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（ほぼ水平面に平行な面）内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取って説明する。
【００５６】
露光装置ＥＸは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示される照明系１１０、及び照明系１１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬ（例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波など）により照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを含むステージ装置１９５、及び制御系等（図１１参照）を備えている。
【００５７】
レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面（下面）には、回路パターンなどが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図１１のレチクルステージ駆動系１１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。
【００５８】
レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１１５（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図１１のコンピュータよりなる主制御装置１２０に送られる。主制御装置１２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００５９】
図６において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒１４０と、鏡筒１４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハ（半導体ウエハ）Ｗの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。
【００６０】
また、露光装置ＥＸは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒１４０の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置１０８の一部を構成するノズルユニット１３２が設けられている。ノズルユニット１３２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）を供給するための供給管１３１Ａ及び回収管１３１Ｂを介して、液体供給装置１８６及び液体回収装置１８９（図８参照）に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置１０８は設けなくともよい。
【００６１】
図６において、ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受（エアパッド）を介して、ベース盤１１２のＸＹ面に平行な上面１１２ａに非接触で支持されている。また、ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系１２４（図８参照）によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。露光装置ＥＸは、レチクルＲのアライメントを行う空間像計測系（不図示）、ウエハＷのアライメントを行うアライメント系ＡＬ（図８参照）、照射系９０ａ及び受光系９０ｂよりなりウエハＷの表面の複数箇所のＺ位置を計測する斜入射方式の多点のオートファオーカスセンサ９０（図８参照）、及びウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためのエンコーダ装置８Ｂを備えている。
【００６２】
ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体１９１と、ステージ本体１９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体１９１内に設けられて、ステージ本体１９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の上部には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。
【００６３】
また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（又は保護部材）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート体１２８が設けられている。
【００６４】
なお、上述の局所液浸装置１０８を設けたいわゆる液浸型の露光装置の構成にあっては、さらにプレート体１２８は、図７のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の表面に撥液化処理が施されたプレート部（撥液板）１２８ａと、プレート部１２８ａを囲む周辺部１２８ｅとを有する。周辺部１２８ｅの上面に、プレート部１２８ａをＹ方向に挟むようにＸ方向に細長い１対のＸ軸の第１及び第２の回折格子１２Ｘ１，１２Ｘ２が配置され、プレート部１２８ａをＸ方向に挟むようにＹ方向に細長い１対のＹ軸の回折格子１２Ｙ１，１２Ｙ２が配置されている。Ｘ方向を周期方向とする反射型の回折格子１２Ｘ１，１２Ｘ２は図１（Ａ）の回折格子１２Ｘと同じ構成であり、Ｙ方向を周期方向とする回折格子１２Ｙ１，１２Ｙ２は回折格子１２Ｘを９０°回転した構成である。回折格子１２Ｘ１にはＸ軸の基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢが形成され、回折格子１２Ｙ２にはＹ軸の基準パターン１３ＹＡが形成されている。
【００６５】
また、図６において、投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に連結部材（不図示）を介してＸＹ面にほぼ平行な平板状の計測フレーム１５０が支持されている。計測フレーム１５０の底面に、投影光学系ＰＬをＹ方向に挟むように、図１（Ａ）のＸ軸の検出ヘッド１４Ｘと同じ構成の複数の検出ヘッド１４Ｘが固定され、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように、検出ヘッド１４Ｘを９０°回転した構成の複数のＹ軸の検出ヘッド１４Ｙが固定されている（図７参照）。また、複数の検出ヘッド１４Ｘ，１４Ｙにレーザ光（計測光及び参照光）を供給するための複数のレーザ光源（不図示）も備えられている。
【００６６】
図７において、投影光学系ＰＬからの照明光でウエハＷを露光している期間では、常に複数の検出ヘッド１４Ｘのいずれか２つがＸ軸の回折格子１２Ｘ１，１２Ｘ２に対向し、複数の検出ヘッド１４Ｙのいずれか２つがＹ軸の回折格子１２Ｙ１，１２Ｙ２に対向するように構成されている。各検出ヘッド１４Ｘは、回折格子１２Ｘ１又は１２Ｘ２に計測光を照射し、回折格子１２Ｘ１，１２Ｘ２から発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２Ｘ（図８）に供給する。計測演算部４２Ｘでは、図１（Ａ）の計測演算部４２Ｘと同様に、ウエハステージＷＳＴと計測フレーム１５０とのＸ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求めて計測値切り替え部８０Ｘに供給する。その相対位置は、必要に応じて基準パターン１３ＸＡ，１３ＸＢから求められる原点（基準点）からの絶対位置となっている。計測値切り替え部８０Ｘでは、回折格子１２Ｘ１，１２Ｘ２に対向している検出ヘッド１４Ｘに対応する計測演算部４２Ｘから供給される相対位置の情報を主制御装置１２０に供給する。
【００６７】
また、各検出ヘッド１４Ｙは、回折格子１２Ｙ１又は１２Ｙ２に計測光を照射し、回折格子１２Ｙ１，１２Ｙ２から発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２Ｙ（図８）に供給する。計測演算部４２Ｙでは、計測演算部４２Ｘと同様に、ウエハステージＷＳＴと計測フレーム１５０とのＹ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求めて計測値切り替え部８０Ｙに供給する。その相対位置は、必要に応じて基準パターン１３ＹＡから求められる原点（基準点）からの絶対位置となっている。計測値切り替え部８０Ｙでは、回折格子１２Ｙ１，１２Ｙ２に対向している検出ヘッド１４Ｙに対応する計測演算部４２Ｙから供給される相対位置の情報を主制御装置１２０に供給する。
【００６８】
複数の検出ヘッド１４Ｘ、レーザ光源（不図示）、計測演算部４２Ｘ、及びＸ軸の回折格子１２Ｘ１，１２Ｘ２からＸ軸のエンコーダ１０ＸＢが構成され、複数の検出ヘッド１４Ｙ、レーザ光源（不図示）、計測演算部４２Ｙ、及びＹ軸の回折格子１２Ｙ１，１２Ｙ２からＹ軸のエンコーダ１０ＹＢが構成されている。そして、Ｘ軸のエンコーダ１０ＸＢ、Ｙ軸のエンコーダ１０ＹＢ、及び計測値切り替え部８０Ｘ，８０Ｙからエンコーダ装置８Ｂが構成されている。主制御装置１２０は、エンコーダ装置８Ｂから供給される相対位置の情報に基づいて、計測フレーム１５０（投影光学系ＰＬ）に対するウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びθｚ方向の回転角等の情報を求め、この情報に基づいてステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを駆動する。
【００６９】
そして、露光装置ＥＸの露光時には、先ずレチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンの一部の像をウエハＷの表面の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。その後、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、液浸法でかつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。
【００７０】
この際に、検出ヘッド１４Ｘ，１４Ｙにおいては、計測光及び回折光の光路長はレーザ干渉計に比べて短いため、検出ヘッド１４Ｘ，１４Ｙを用いた計測値に対する空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、本実施例のエンコーダ装置８Ｂは、レーザ干渉計と比較して、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）が格段に優れているため、レチクルＲのパターン像をウエハＷに高精度に転写できる。さらに、検出ヘッド１４Ｘ，１４ＹはＺ方向の高さを低くコンパクトに構成できるため、計測フレーム１５０の底面等に複数の検出ヘッド１４Ｘ，１４Ｙを容易に設置できる。
【００７１】
なお、本実施形態では、計測フレーム１５０側に検出ヘッド１４Ｘ，１４Ｙ等を配置し、ウエハステージＷＳＴ側に回折格子１２Ｘ１，１２Ｙ１等を配置している。この他の構成として、計測フレーム１５０側に回折格子１２Ｘ１，１２Ｙ１等を配置し、ウエハステージＷＳＴ側に検出ヘッド１４Ｘ，１４Ｙ等を配置してもよい。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図９に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００７２】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施例の露光装置ＥＸ（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写し、その基板を現像するリソグラフィ工程と、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工する工程（ステップ２２４のエッチング等）とを含んでいる。この際に、上記の実施例によれば、露光装置のウエハステージＷＳＴの位置を高精度に制御できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
【００７３】
なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。
【００７４】
また、上記の実施形態のエンコーダ１０Ｘ等は、露光装置以外の検査装置又は計測装置等の検査又は加工対象の物体用の光学系（観察用光学系又はレーザ光集光用の光学系等）、及びその物体を移動する移動装置（ステージ等）を備えた光学装置において、その移動装置（物体）の例えばその光学系に対する相対移動量を計測するために適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７５】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＭＸ１，ＭＸ２…計測光、ＲＸ１，ＲＸ２…参照光、１０Ｘ…Ｘ軸のエンコーダ、１２Ｘ…Ｘ軸の回折格子、１３ＸＡ，１３ＸＢ…基準パターン、１４Ｘ…Ｘ軸の検出ヘッド、１６…レーザ光源、２８…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、２９Ａ，２９Ｂ…コーナキューブ、３０Ａ，３０Ｂ…１／４波長板、３２Ｘ…第１計測光用の傾斜ミラー、３４Ｘ…第２計測光用の傾斜ミラー、４０ＸＡ，４０ＸＢ…光電センサ、４１Ｅ…第２演算部、４１Ｆ…第１演算部、４２Ｘ…計測演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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